1、超导材料分类和材料应用2超导材料是一种没有电阻的材料，既能节约能量，减少电能因电阻而消耗的能量，还能把电流储存起来，供急需时使用。 现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。 3自从世界上以电力作为主要动力以来，就遇到两个令人头痛的问题：、是在输送电流时，不少电力因导线有电阻而发热，白白损失了相当的能量。、白天的电力常常严重不足，而深夜的电力又大大富余，使得发电机常常白天超负荷运转，深夜时却空转，电力白白浪费了。能不能把夜间富余的电力储存起来用以弥补白天电力不足的难题呢?自从有了超导材料以来，解决这个问题就大有希望了。超导材料4从低温的获得到超导电性的发现 超导电性是人类发展低温

　　2、技术并不断地在新的温度范围里研究物质的物理性质的过程中发现的。 19世纪末：低温技术获得了显著的进展。曾一向被视为“永久气体”的空气被液化了。 1887年：氧气被首先液化，液化点也就是我们所说的长压下的沸点-183(绝对温度90K)； 随后人们又液化了液化温度是-196 (77K)的氮气。 1898年：杜瓦(J.Dewar)第一次把氢气变成液体氢，液化温度为-253 。5杜瓦的工作照6 利用液体空气和液氢，当时人们可以在实验室中得到-259 的低温。 1908年，荷兰莱登实验室在卡末林昂尼斯(Kamer light Onnes)的指导下，经过长期努力，首次成功地把称为“永久气体”的氦液化，当时

　　3、他们测定了一个大气压下氦气的液化点是，紧接着昂尼斯领导的实验室使用减压降温法，就是利用液氦的沸点随液氦的蒸汽压的下降而下降的性质，获得了的低温，这是当时所能达到的最低温度，为超导准备了条件。从低温的获得到超导电性的发现71911年：在测试纯金属电阻率的低温特性时，卡末林昂尼斯 发现，汞的直流电阻在时突然消失，多次精密 测量表明，汞柱两端压降为零，他认为这时汞进入 了一种以零阻值为特征的新物态，并称为“超导态”。1911年12月28日：昂尼斯宣布了这一发现。但此时他还没有 看出这一现象的普遍意义，仅仅当成是有 关水银的特殊现象。超导电性的发现8荷兰物理学家昂尼斯(Kamer light Onne

　　4、s) 卡末林昂尼斯(Kamer light Onnes)低温物理学家。 1853年9月21日生于荷兰的格罗宁根，1926年2月21日卒于荷兰的莱顿。因制成液氦和发现超导现象获得1913年诺贝尔物理学奖。91986年以前超导研究过程1911年： Onnes发现HgK电阻突然下降为零；1933年： Meissner(迈斯纳)效应的发现；1911-1932年间： 研究元素的超导电性；Hg、Pb、Sn、In、Ta1932-1953年：发现了许多具有超导电性的合金； 如 Pb-Bi，NbC，MoN，Mo-Re.1953-1973年：发现了一系列A15型超导体和三元系超导体。 如 Tc17K的V3Si，N

　　6、a-Ca-Cu-O 135K (几万个大气压 165K)12 1986年8月：IBM的苏黎士研究室的米勒教授和贝德诺兹教授 发现了一种铜氧化合物，它们在35K的温度下电 阻接近于0，一下子把超导温度提高了12度；1987年初：美籍华人科学家朱经武教授和他的学生吴茂琨发 现了另外一种材料；钇钡铜氧化物，使超 导记录提高到了98K。在这个温度区上，超导体 可以用廉价而丰富的液氮来冷却。1986年12月：米勒教授和贝德诺兹教授发现了一种新型的陶瓷 超导体(此前超导体都是金属)，这种超导体把超 导性的临界温度又提高到了38K。高温超导体的研究进展13高温超导体的研究进展199l年：美国和日本的科学家又

　　7、发现了球状碳分子60在 掺钾、铯、钕等元素后，也有超导性科学家预料， 球状碳分子60掺杂金属后，有可能在室温下出现 超导现象，那时超导材料就有可能像半导体材料一 样，在世界引起一场工业和技术。1996年：日本电气公司制出长一千米的高温超导线，这种线材已达到了实用 化的水平。 14我国超导材料的研究进展1998年7月：我国研制成功中国第一根1米长1000安培铋系高温 超导直流输电模型电缆。这项成果被两院院士列 为当年中国十大科技进展。此次研制成功的高温 超导带材长116米，宽毫米，厚为毫米，以 螺旋管方式缠绕，用四引线)自场下临界电流达安培， 各项技术指标均达到国内领先水平。 中国的超导电性研究开始于20世纪50年代，1959年首次实现了氦的液化。探索高临界温度超导电性的研究则始于1976年。15 自从高温氧化物超导体被发现以来，在材料、机制以及应用三个方面的研究及开发工作都进展很快。用高临界温度超导体制备的SQUID器件及一些相关仪器已经走进市场。高温超导体的临界温度已达134K在HgBa2Ca2Cu3Oy（汞钡钙铜氧化物超导体）中。高温超导的机制至今还没有完全搞清，原因之一是材料的物理特征还没有被完全认识。高温氧化物超导体16超导研究获诺贝尔物理学奖情况1913年：昂尼斯(荷兰) 在低温下研究物质

　　9、的性质并制成 液态氦；1972年： 巴丁(美)、库珀(美)、斯莱弗(美)提出所谓BCS 理论的超导性理论(1957年提出)； 1973年： 约瑟夫森(英) 关于固体中隧道现象的发现。从 理论上预言了超导电流能够通过隧道阻挡层， 即约瑟夫森(Josephson)效应(1962年发现);1987年：米勒和贝德诺兹于1986年发现高温超导体。17高温超导体的机理研究高温超导体的机理研究 米勒(Mller)和贝德诺兹(Bednorz)于1986年发现高温超导体，获得1987年诺贝尔物理学奖。18 本世纪初超导材料在电力方面的应用已获得突破性的进展，在输电电缆、限流器、变压器等电力设备上都有超导应用的身

　　10、影。液氮高温超导材料以其相对比较高的温度要求，能够更容易实现，对电力应用来说，其推动较为明显。高磁场情况下超导材料对液氦环境依赖性还较强。目前脉冲制冷剂获得了较大的突破，过去要求在30K-50K的温度，现在这个温度已经大大提升，并且已可作为商品出售。将超导磁体运用到发电机、电动机上，可以较好地解决人类与日俱增的用电需求。 21世纪以前，发电机单机功率可达100万 kw，当前的需要增加到更大。发电机的输出容量与磁感应强度、电枢电流密度的乘积成正比。用超导磁体代替电磁铁，磁感应强度和电流密度可分别提高许多倍。因此，在本世纪的电机中，电磁铁已逐步被超导磁体取代。超导的应用19 在电力设备领域中，采用

　　11、超导材料技术，发达国家及我国都已有几十年的奋斗历史，这是因为利用这种材料有利于设备的小型化、轻量化及高效化；抑制由于电力系统容量增大而增加的短路电流；解决因大电网而引起的系统不稳定问题以及高密度、高可靠性的输电问题；对付峰值负载和降低价格等。 在磁场中生长单晶炉是80年代发展起来的一项新技术，目前广泛用于直接生长单晶硅、砷化镓和蓝宝石等晶体。磁拉单晶生长炉采用超导磁体有许多优点，如线圈体积小、重量轻、耗电小；可以根据要求设计成形状复杂的磁场，且磁场集中、磁漏小等。超导的应用20超导的应用 超导技术在军事上有着非常广泛的应用前景，随着超导技术的日益成熟，有朝一日海军潜艇的设计会发生根本性的变革，

　　12、出现比今天的潜艇要先进的多的超导潜艇。其外形尺寸可能只有今天潜艇的一半，但所装备的数量将增加一倍；航速将会提高，而噪音却大大降低而且超导体在传输过程中不会损失电力。同时，超导技术在解决实际应用问题后，部分潜艇将采用电力推进系统，常规潜艇将有可能采用闭式循环的热气机动力，从而结束常规潜艇水下航行单纯依赖蓄电池提供能量的时代。21超导材料的强电方面的应用 1、用于高能物理受控热核反应和凝聚态物理研究的强场磁体； 2、用于NMR（核磁共振）装置上以提供1T10T的均匀磁场； 3、用于制造发电机和电动机线、用于高速列车上的磁悬浮线、用于轮船和潜艇的磁流体和电磁推进系统。物理基础: 1、

　　13、 r=0 (无焦尔热损耗) 2、临界温度(Tc)、临界电流(Ic)、临界磁场(Hc)高 如NbTi, Nb3Sn和V3Ga等超导线材在强磁场中, 能负载很高的临界电流。22超导技术在电力工程方面的应用 传统电缆由于有电阻，电流密度只有300400安培/平方厘米； 高温超导电缆的电流密度可超过10000安培/平方厘米； 传输容量比传统电缆要高5倍左右，功率损耗仅相当于后者的40。 由云电英纳承担研制的我国第一组实用型高温超导电缆，于2004年3月23日全部完成，并于4月19日在昆明普吉变电站挂网试运行成功。电力输送的新星超导电缆23超导技术在电力工程方面的应用超导导线、合金纤维) 超导输电在原则上可以做到没有焦耳热的损耗，因而可节省大量能源；用超导线圈储存能量在军事上有重大应用，超导线圈用于发电机和电动机可以大大提高工作效率、降低损耗，从而导致电工领域的重大变革。24 超导体强大的磁场可以贮存大量的电磁能，而且可以瞬间释放，在军事上有极大的用处，比如作为定向能武器，或者电磁炮的能量转换装置。超导储能装置25 超导储能装置是利用超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能返回电网或负载的一种电力设施。一般由超导线圈、低温容器、制冷装置、变流装置和测控系统几个部件组成。其中超导线圈是超导储能装置的核心部件，它可以是一个螺旋管线圈或是环形线圈。 超导储能装置

　　15、26 在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万6 万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高510倍，达1万兆瓦，而体积却减少1/2，整机重量减轻1/3，发电效率提高50 超导发电机27超导限流器 超导限流器是利用超导体的超导/正常态转变特性，有效限制电力系统故障短路电流，能够快速和有效地达到限流作用的一种电力设备。超导限流器集检测、触发和限流于一体，反应速度快，正常运行时的损耗很低，能自动复位，克服了常规熔断器只能使用一次的缺点 。28超导变压器 1. 不存在常规变压器中的发热损耗，节能潜力； 2. 体积可以减少

　　16、40-60%； 3. 液氮代替变压器油，消除火灾隐患； 4. 超导变压器的内阻极小，能够增大电压的可调节范围。 2011年4月19日，中国首座全超导变电站在白银正式并网运行，标志着我国超导电力技术发展开始进入产业化新阶段。29 能在大的空间内产生很高的磁场，所需的励磁功率很小，一个10Tesla的磁体只要汽车蓄电池充电即可。 重量轻，体积小，稳定性好，均匀度高(1cm范围内达到10-8量级)，也可以产生高梯度场(14T/cm)。 和常规磁体相比，提高效率，节省费用。超导磁体30超导技术在交通运输方面的应用 时速达500km/h， 安全、稳定，为下一代的交通工具。超导悬浮高速列车31日本超导磁悬

　　17、浮列车MAGLEV 高温超导磁悬浮实验车“世纪号” 超导技术在交通运输方面的应用32 “九五”期间国家863计划项目。西南交通大学 2000年12月，采用国产YBaCuO高温超导体块材，悬浮总重量为635公斤，在长米的钕铁硼永磁导轨上自动运行。“2001年中国高等学校十大科技进展”，排名第2。高温超导磁悬浮实验车“世纪号” 33日本山梨试验线(Yamanashi Maglev Test Line) 1975年在日本宫崎建立了一条7公里长的磁悬浮列车试验铁路。（1997年扩展为42.8公里） 2003年12月2日, 一辆3车厢载人列车创造了最大时速 581 km/h 的世界记录。34 每个车厢带

　　18、4个超导线个，传统超导材料制备，由液氦冷却。 超导线 Tesla的强磁场。 超导线圈与导轨上的铜线cm。日本磁浮列车MagLev的导轨线套常规的铜线圈，分别用于浮力，推进。